(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部及び外部を有するハウジングを備えるアビオニクスシャーシアセンブリであって、前記ハウジングが、
エポキシマトリックス中でレイアップされた炭素繊維の複合材を備える実質的に非熱伝導性のフレームと、
少なくとも２つの壁であり、そのうちの少なくとも１つが炭化マトリックス中の炭素繊維の複合材を備える熱伝導性の壁である、少なくとも２つの壁と、
前記少なくとも２つの壁に提供された複数の離隔された熱伝導性カードレールと、
を備え、
前記少なくとも２つの壁が向い合わせにフレームに取り付けられ、それにより前記壁での対応するカードレールが間に効果的なスロットを画定し、前記スロット内にプリント回路板を受け取ることができ、前記カードレール及び前記少なくとも１つの熱伝導性の壁が、前記内部から前記外部への熱伝導性経路を形成する、
アビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項２】
前記スロット内部に位置された少なくとも１つのプリント回路板をさらに備える請求項１記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項３】
前記カードレールが、前記スロットの一部分を形成する溝を備え、前記プリント回路板が楔係止を備え、前記楔係止が前記溝内に受け取られて、前記プリント回路板を前記カードレールに選択的に係止し、熱伝導性経路の一部分を形成する請求項２記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項４】
前記楔係止が金属であり、前記壁が金属めっきされて、前記楔係止によるガルバニ腐食から前記炭素繊維を封止する請求項３記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項５】
炭素繊維から構成され、前記少なくとも１つの熱伝導性壁から前記ハウジングの外部に突出して熱伝導性経路の一部分を形成する放熱フィンをさらに備える請求項４記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項６】
前記放熱フィンが前記ハウジングと共硬化される請求項５記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項７】
前記放熱フィンが機械加工によって形成される請求項５記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項８】
前記放熱フィンが前記レールと位置合わせされる請求項６記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項９】
前記放熱フィンが前記レールと同一の広がりをもつ請求項８記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項１０】
前記壁が、少なくとも１つの機械的な固定具によって前記フレームに取り付けられる請求項１記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項１１】
前記壁が、少なくとも１つの接着剤によって前記フレームに取り付けられる請求項１記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの接着剤が熱伝導性である請求項１１記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの接着剤が構造接着剤である請求項１１記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの熱伝導性の壁内の前記炭素繊維が、前記壁が２次元平面内で熱伝導性となるようにレイアップされる請求項１記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項１５】
前記壁が金属めっきされる請求項１記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【請求項１６】
前記ハウジングが、少なくとも１つの非熱伝導性の壁をさらに備える請求項１記載のアビオニクスシャーシアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アビオニクスシャーシに関する。
【０００２】
本発明は、米国空軍省空軍研究所（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｉｒ  Ｆｏｒｃｅ，  Ａｉｒ  Ｆｏｒｃｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）によって授与された購入注文番号４ＣＣ１７６６の下で、政府支援を受けた。政府は、本発明に特定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
現代の航空機は、航空機を飛行させるための様々な機器及び操作を制御するためにアビオニクス機器を使用する。アビオニクス機器はアビオニクスシャーシ内に保管することができ、アビオニクスシャーシは、複数の有益な機能を果たす。そのうちのいくつかは、電磁妨害（ＥＭＩ）からアビオニクス機器を電気的に遮蔽すること、落雷からアビオニクス機器を保護すること、アビオニクス機器によって発生される熱を放散すること、及び環境への露出からアビオニクス機器を保護することである。
【０００４】
また、重量もアビオニクスシャーシに関する考慮事項である。アビオニクスシャーシは、航空機に重量を不要に加えることなく有益な機能を果たすべきである。
【０００５】
そのような有益な機能の実施は、特に、より速い処理速度及びより高い周波数、より小さいサイズ、及びより大きい電力密度を有するより新規のアビオニクス機器を考慮すると、アビオニクスシャーシの重量を維持又は削減するのに不適切であることが多い。これらのアビオニクス機器は、比較的大量の熱を発生するが、ある範囲のしきい値温度でしか動作せず、これは放熱要件の増大に通じる。従来、この放熱要件は、ヒートシンクのサイズを増加させることによって対処されているが、これは重量増加をもたらす。
【０００６】
従来、市販のアビオニクスシャーシはアルミニウムからなり、アルミニウムは、本来、所望の遮蔽、放熱、落雷保護、及び環境保護の面で有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０５６４３１５号公報
【発明の概要】
【０００８】
一実施形態では、アビオニクスシャーシが、エポキシマトリックス中でレイアップされた炭素繊維の複合材を備える実質的に非熱伝導性のフレームを有するハウジングを備える。ハウジングはまた、少なくとも２つの壁であって、そのうちの少なくとも１つが炭化マトリックス中の炭素繊維の複合材を備える熱伝導性の壁である、少なくとも２つの壁と、少なくとも２つの壁に提供された複数の離隔された熱伝導性カードレールとを備える。少なくとも２つの壁は、向い合わせにフレームに取り付けられ、それにより壁での対応するカードレールが間に効果的なスロットを画定し、スロット内にプリント回路板を受け取ることができ、カードレール及び少なくとも１つの熱伝導性の壁が、内部から外部への熱伝導性経路を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるアビオニクスシャーシを有する航空機の概略図である。
【図２】見やすくするためにカバーが取り外された状態での、本発明の一実施形態によるアビオニクスシャーシの斜視図である。
【図３】図２に示されるアビオニクスシャーシの分解図である。
【図４】図２に示されるアビオニクスシャーシの一部分の線４−４に沿って取られた断面図である。
【図５】図２に示されるアビオニクスシャーシの一部分の線５−５に沿って取られた断面図である。
【図６】カードレールに関する任意選択のカードレール取付具を有し、本発明の第２の実施形態を形成するアビオニクスシャーシの一部分の断面図である。
【図７】図２に示されるアビオニクスシャーシの一部分の線７−７に沿って取られた断面図である。
【図８】図７に示される伝熱平面及び補剛具の底面図である。
【図９】代替の伝熱平面及び熱パッドを有し、本発明の第３の実施形態を形成するアビオニクスシャーシの一部分の断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態を形成するプリント回路板用の任意選択の装着構造を有するアビオニクスシャーシの一部分の断面図である。
【図１１】本発明によるアビオニクスシャーシの第５の実施形態の分解図である。
【図１２】本発明によるアビオニクスシャーシの第６の実施形態の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、航空機１０の操作で使用するためのアビオニクス機器を収容するための搭載型アビオニクスシャーシ１２（想像線で示す）を備える航空機１０を概略的に示す。アビオニクスシャーシ１２は、様々なアビオニクス要素を収容し、それらを汚染物質、電磁妨害（ＥＭＩ）、無線周波数妨害（ＲＦＩ）、振動などから保護する。商用の旅客機で図示しているが、アビオニクスシャーシ１２は任意のタイプの航空機で使用することができ、例えば、限定せずに、固定翼、回転翼、ロケット、商用航空機、個人航空機、及び軍事航空機である。アビオニクスシャーシ１２は、図示したように機首だけでなく、航空機内の任意の場所に位置させることができる。
【００１１】
図２は、本発明の一実施形態によるアビオニクスシャーシ１２を示し、前部カバー４２が取り外されている。アビオニクスシャーシ１２は、内部１８及び外部１９を画定するシャーシハウジング１６を含む。複数の熱伝導性カードレール２０が、それらの間に、プリント回路板（ＰＣＢ）１４を受け取るのに効果的なスロット２１（点線によって示される）を画定する。取付け脚部２２が、シャーシハウジング１６から延在して、ボルト又は他の従来の固定具によってアビオニクスシャーシ１２を航空機１０に取り付けるのを容易にする。さらに、取付け脚部２２は、アビオニクスシャーシを航空機１０のフレームに接地するための電気的な接地の役割をすることがある。この例では取付け脚部２２が図示されているが、アビオニクスシャーシ１２は、任意のタイプの装着メカニズムと共に使用することができる。
【００１２】
図３は、アビオニクスシャーシ１２及びＰＣＢ１４をより詳細に示す。この説明では、ＰＣＢ１４が、発熱や電波敏感性など、アビオニクスシャーシ環境に関して不利な特性を有することがあり、シャーシ１２はこれらに対処するように設計されることに留意されたい。ＰＣＢ１４は、発熱回路及び／又は少なくとも１つの発熱構成要素２４、例えば半導体チップを含み、これは、一般には非熱伝導性の基板２６上に取り付けられ、基板２６によって支持される。ＰＣＢ１４には、ＰＣＢ１４の外縁部に沿って位置された熱伝導性の側部ストリップ２８を設けることができる。熱伝導性要素又は内部経路３０を、基板２６上及び／又はＰＣＢ１４内部に提供することができる。内部経路３０は、発熱構成要素２４から熱伝導性側部ストリップ２８への熱伝導性経路を形成して、基板２６の内部から周縁部への直接の熱的通路を提供する。次いで、側部ストリップ２８が、カードレール２０への熱的通路を提供する。内部経路３０は、基板２６内に形成された、又は基板２６上に設けられた１つ又は複数の金属ストリップ、典型的には銅又は他の導電性材料のストリップでよい。
【００１３】
図３に示されるように、シャーシハウジング１６は、上部カバー３６、底壁３８、後壁４０、及び向かい合う側壁４４と４６（総称して壁と呼ぶ）を有するフレーム３４を備える。側壁４４及び４６は、内面４８及び外面５０を有する。複数の放熱フィン５８が壁から突出していることがあり、側壁４４及び４６の外面５０から突出しているものとして図示されている。取外し可能な前部カバー４２は開口４７を含み、開口４７は、１つ又は複数のＰＣＢ１４をワイヤハーネスなど（図示せず）に接続するためのコネクタを受け取るように構成することができる。
【００１４】
フレーム３４は、エポキシマトリックス中にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維とピッチ系炭素繊維の両方を含む。ＰＡＮ系繊維は、ピッチ系繊維に比べて強度が非常に高く、直径が小さく、そのためＰＡＮ系繊維は様々な半径のフレーム３４で使用するのに適したものとなる。しかし、ＰＡＮ系繊維は、ピッチ系繊維に比べて熱伝導率が低い。したがって、フレーム３４でのＰＡＮ系繊維の使用により、フレーム３４は非常に強度が高くなり、アビオニクスシャーシ１２に関する強度要件を満たす。フレーム３４は、主に絶縁性マトリックスにより、望ましくなく低い熱伝導率を有する。絶縁性マトリックスは、それ自体は、ＰＣＢ１４によって発生されると予想される熱を伝導することはできない。
【００１５】
壁はピッチ系繊維で形成され、ピッチ系繊維は剛性が高く、アビオニクスシャーシ１２に関する機械的要件を満たす助けとなる。ピッチ系繊維は、ＰＡＮ系繊維ほどは強度が高くなく、したがって応力下で、又は製造中に、より破断しやすい。壁はフレーム３４ほど強度が高くないが、フレーム３４がアビオニクスシャーシ１２に関する強度の主因となるので、壁の強度が高い必要はない。ピッチ系繊維の使用は、強度損失なしで壁厚を減少させる助けとなり、フレーム３４でのＰＡＮ系繊維は、機械的要件を維持する助けとなる。ピッチ系繊維は、ＰＡＮ系繊維よりも熱伝導率が高い。したがって、壁は、フレーム３４よりも高い熱伝導率となる。
【００１６】
炭素複合材は、従来使用されているアルミニウムよりも低密度であり、そのためアビオニクスシャーシ１２の材料重量を減少し、その一方で依然として所要の強度及び剛性を与える。この複合材は密度がはるかに低いので、シャーシハウジング１６の重量を大幅に減少させることができる。例えば、この実施形態に従って形成されたアビオニクスシャーシは、約４０％の重量減少をもたらしている。減少量は、特定のアビオニクスシャーシ１２に関する機械的要件に応じて変わることがある。
【００１７】
フレーム３４、上部カバー３６、底壁３８、後壁４０、及び向かい合う側壁４４と４６を形成する際、ピッチ系炭素繊維とＰＡＮ系炭素繊維の両方を用いて、炭素複合材を構成するドライレイアップ法又はプリプレグプロセスを使用することができる。そのようなプロセスでは、炭素繊維材料にエポキシ（プリプレグ）が既に含浸されており、雌型又は雄型に塗布することができる。プリプレグレイアップは、比較的安価な一般的なプロセスであり、低コストであり、薄壁部分を取り扱うのによく適している。この実施形態では、プリプレグを雌型に塗布した。
【００１８】
ブラダ成形又は他の適切な技法を使用して、雌型内又は雄型上のプリプレグ複合材料に対して圧力をかけることができ、それにより複合材料を押して金型の形状を取らせる。雌型内でのブラダ成形を使用して、アビオニクスシャーシ１２のフレーム３４、後部パネル４０、底部パネル３８、及び側壁４４と４６を一体ユニットとして形成することができる。
【００１９】
圧力をかけるためにブラダ成形を使用することの代替方法として、弾性の雄型マンドレルツールを使用することができる。エラストマーは、加熱時に膨張して圧力を生じ、雌ツール又は雌型内で複合材を固化させる。放熱フィン５８は、硬化中にエラストマースペーサによって分離することができ、したがって側壁４４及び４６と共硬化することができ、良好な凝固及び壁の平坦性を実現し、継目をなくし、熱的経路を改良する。或いは、放熱フィン５８は、機械加工によって形成することもできる。任意の取付具又はポストを、内部１８に後から結合することができる。
【００２０】
上部カバー３６及び前部カバー４２は、マッチドメタルツーリング（ｍａｔｃｈｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｔｏｏｌｉｎｇ）を用いて圧縮成形によって製造することができ、固定具、はんだ、ろう付け、溶接、接着剤など任意の簡便な方法を使用してフレーム３４に適切に接合することができる。例えば、構造接着剤を使用して、上部カバー３６及び前部カバー４２をフレーム３４に保持することができる。次いで、アビオニクスシャーシ１２を電気的に封止するために、アビオニクスシャーシ１２の内部１８で構造接着剤のすぐ横に導電性接着剤を配置することができる。
【００２１】
カードレール２０は、内面４８に当接し、そこに固定して取り付けることができる。カードレール２０は、機械的固定具、はんだ、ろう付け、溶接、接着剤など任意の簡便な方法を使用して内面４８に装着することができる。カードレール２０は、対として構成することができ、一方のカードレール２０が側壁４４に位置し、他方のカードレール２０が側壁４６に位置して、一対のカードレール２０の間に延在するスロット２１を効果的に画定する。ＰＣＢ１４がスロット２１内に適切に摺動することを保証するには、一対のカードレール２０の平行性が必要である。各カードレール２０は、溝又はチャネル５２を画定する２本の脚部を有し、溝又はチャネル５２がスロット２１を部分的に画定する。カードレール２０は、ＰＣＢ１４がスロット２１内に挿入されるときに、スロット２１を形成する両方のカードレール２０によってＰＣＢ１４が支持されるように中心を合わせるべきである。これは、ＰＣＢ１４の対称的な冷却を容易にする。カードレール２０は、機械加工若しくは押出成形されたアルミニウム、銅、アルミニウム／ベリリウム合金、機械加工された炭化ケイ素、又は金属マトリックス複合材を含めた、任意の適切な熱伝導性材料から形成することができる。
【００２２】
電波シールド５４がハウジング１６に設けられて、アビオニクスシャーシ１２をＥＭＩ／ＲＦＩに対して耐性のあるものにする。電波シールド５４は、ハウジング１６上に設けられる金属層５５を備えることができる。電波シールド５４は、シャーシハウジング１６上の金属堆積層の形態でよい。堆積層は、化学気相成長、物理気相成長、又は電着によって形成することができる。さらに、電波シールド５４は、溶射金属、共硬化メッシュの使用、又は金属箔の使用など他の手段によって形成することもできる。電磁妨害を適切に減衰させるために、電波シールド５４は、少なくともアビオニクスシャーシ１２の外部全体を覆う、又は外部全体に重なる。また、必要であれば、内部に貼着することもできる。電波シールド５４は、電波を反射する。アビオニクスシャーシ１２の複合材料は、いくらかの電波を吸収し、いくらかの減衰の利益をもたらし、電波シールド５４は、実用上必要な減衰をもたらす。企図されている電波シールド５４は、少なくとも６０ｄＢだけ電波エネルギーを減衰させる。選択された材料に関する金属層５５の厚さが、電波エネルギーを減衰させる主因であると考えられる。２〜３ミクロンの厚さを有するアルミニウムの物理気相成長層が、電波エネルギーを少なくとも６０ｄＢ減衰させることが判明している。
【００２３】
外部金属層に加えて、金属ストリップ５６を備える少なくとも１つの落雷導電性経路がシャーシハウジング１６に提供される。金属ストリップ５６は、電波シールド５４を形成する金属層５５を覆うものとして図示されている。単一の金属ストリップ５６として図示されているが、複数のストリップを使用することができ、隅の周りに、かつアセンブリの複数の構成要素上に延在することができる。金属ストリップ５６は、１つ又は複数の脚部２２まで延在し、それにより電気的な接地への導電性経路を形成する。単一の金属ストリップ５６及び／又は複数の金属ストリップが１つ又は複数の脚部２２まで延在して、電気的な接地への複数の導電性経路を提供することができる。
【００２４】
取付け脚部２２が、アビオニクスシャーシ１２に関する接地点として図示されているが、接地経路を提供するために他の適切な接地点を使用することもでき、接地スタッド、接地表面、接地ストラップ、金属ばねフィンガなどが含まれる。これらはすべて、取付け脚部２２とは全く関係なく構成することができる。取付けフック及びガイドピンが使用されるときなどには、アビオニクスシャーシ１２が取付け脚部２２を有さないことさえあることが企図される。
【００２５】
金属ストリップ５６を作成するために、溶射アルミニウム又は別の溶射金属を使用することができることが企図されている。溶射アルミニウムは、溶融されたアルミニウムを膨張ガスによってアビオニクスシャーシ１２に推進することによって塗布される。溶融金属は、衝突時に急冷して、機械的嵌合及び拡散接合によってアビオニクスシャーシ１２に接着する。後に続く衝突するアルミニウムが、金属ストリップ５６の厚さを形成する。金属ストリップ５６は、電波シールド５４の金属層５５に比べて比較的厚く、実用上の厚さは約７６ミクロン以上である。
【００２６】
金属ストリップ５６の密度及び厚さは、金属ストリップ５６のエレクトロマイグレーション又は融解を引き起こすことなく、落雷によって発生される電流を接地へと迅速に伝送できるように選択すべきである。図４は、複数の放熱フィン５８に位置された金属層５５及び金属ストリップ５６の断面を示す。金属ストリップ５６の厚さは、金属層５５よりも厚いものとして概略的に図示されている。
【００２７】
また、溶射アルミニウムは、アビオニクスシャーシ１２の接着継手の上に塗布することもできる。これは、例えば取付け脚部２２がシャーシハウジング１６に装着される場合である。溶射アルミニウム又は金属ストリップ５６は、シャーシハウジング１６と取付け脚部２２の間の連続する密接に結合された導電性経路を形成し、これは、スパークを生じるおそれがある導電性経路間のわずかなギャップを回避する助けとなる。取付け脚部２２を含めたアビオニクスシャーシ１２上の任意の位置間の電気抵抗は、２．５ミリオーム以下であることがある。
【００２８】
その金属同等物とは異なり、炭素複合材アビオニクスシャーシ１２は、本来、電波エネルギーを減衰せず、又は落雷によって発生される極端な電流を逃がすようには伝導しない。これは、電気絶縁複合材マトリックスにより、炭素繊維複合材シャーシハウジング１６がアルミニウムシャーシよりも大幅に低い導電性だからである。炭素繊維複合材アビオニクスシャーシ１２において、落雷からの電流は、金属経路を利用可能にすることを試み、これは、電磁場遮蔽又は落雷保護されていない搭載電子回路を損傷、さらには破壊することがある。上述した金属層５４は、落雷に対処するのに十分な厚さとは必ずしも限らない。また、落雷保護を提供するのに十分な厚さの金属層は、アビオニクスシャーシ１２の重量を非常に、かつ不必要に増加させる。
【００２９】
金属層５５及び金属ストリップ５６に関する異なる材料と厚さの組合せが、重量をさらに減少させ、その一方で依然として所望の電波遮蔽及び落雷保護を提供する。金属層５５と金属ストリップ５６を混合すること、また所望の機能を実施するのに必要な領域にそれぞれの適用領域を限定することにより、重量の実質的な削減が可能になる。
【００３０】
図５は、カードレール２０を内面４８に装着することができることを示す。カードレール２０は、固定具、はんだ、ろう付け、溶接、接着剤、又は他の装着方法を使用して装着することができる。構造接着剤が使用される場合、構造接着剤は必要な導電性を有さず、したがって、カードレール２０と側壁４４及び４６の内面４８との間の導電性を高めるために、溶射アルミニウム、別の溶射金属、又は別の手段によって塗布される金属をカードレール２０に沿って塗布することができる。
【００３１】
複数の放熱フィン５８が、側壁４４及び４６の外面５０から延在する。アビオニクスシャーシ１２内の炭素繊維はエポキシマトリックス中に包み込まれているので、得られる構造は、炭素繊維の構造及び重量の面で有利であるが、熱伝導率の面で有利ではない。この実施形態では、側壁４４及び４６は一体型の低温壁であり、これらは熱管理システムを形成する助けとなり、アビオニクスシャーシ１２の内部１８からその外部１９に熱を伝導し、次いで対流によって周囲空気中に熱を放散することができる。
【００３２】
他の構成も可能であるが、図２及び図５では、放熱フィン５８は、カードレール２０と同じ向きであり、長さも相応に示されている。例えば、放熱フィンは、カードレールに垂直に延びることがある。放熱フィン５８は、側壁４４及び４６の外面積を増加し、より多くの熱を対流によって周囲空気に伝達できるようにする。放熱フィン５８は、図４〜図６では、放熱フィン５８の平面内で、等方性向きを有する複数の高い熱伝導率の炭素繊維５９を備えて概略的に示されている。方向付けられた炭素繊維の使用により、放熱フィン５８は、同様の寸法のアルミニウム部品の数倍の熱伝導率を有し、しかしかなり軽量である。例えば、等方性炭素繊維５９は、約１１００Ｗ／ｍＫの高い熱伝導率を有することができる。
【００３３】
放熱フィン５８は、側壁４４及び４６に共硬化することができ、継目をなくし、熱的経路を改良する。熱伝導率をさらに改良するために、放熱フィン５８の複数の等方性繊維を、放熱フィン５８の内部から個々の部位で延在させて、タブ６０を形成することができる。これらのタブ６０は、放熱フィン５８の全長に沿って形成することができる。タブ６０は、側壁４４及び４６を通過して、内面４８に位置されたカードレール２０に接触する。等方性炭素繊維５９は、カードレール２０から放熱フィン５８に直接的な導電性経路を形成する。
【００３４】
外面５０と当接するすべての放熱フィン５８が、側壁４４及び４６を通ってカードレール２０に延在するタブ６０を有するわけではない。側壁４４及び４６を通って放熱フィン５８から延在し、カードレール２０と当接する複数の等方性炭素繊維５９は、伝熱を大幅に改良するので有利である。１つの放熱フィン５８からの複数のタブ６０が、カードレール２０の全長に沿ってカードレール２０に接触することができる。さらに、複数の放熱フィン５８からの複数のタブ６０が単一のカードレール２０に当接して図示され、これもまた、カードレール２０から伝導することができる熱の量を改良する。
【００３５】
図６は、カードレール２０の代替取付け形態を示す。より具体的には、カードレール取付け部６１がカードレール２０上に設けられ、内面４８に装着される。カードレール取付け部６１は、溝付き表面６４を有する台６２として図示されている。カードレール取付け部６１は、構造接着剤と導電性接着剤の少なくとも一方によってカードレール２０に接着することができる。用途によっては、同じ接着剤が、所望の構造的特性と導電特性の両方を提供することができる。
【００３６】
溝付き構造６４は介在間隙空間６５を画定し、介在間隙空間６５は、カードレール取付け部６１が内面４８に接着されるときに熱伝導性接着剤６７を受け取ることができる。この熱伝導性接着剤は、等方性炭素繊維５９に触れることがあり、カードレール２０から放熱フィン５８への導電性経路を形成する助けとなる。さらに、ねじなど複数の固定具６６を外面５０に挿入することができ、機械的補強を行い、カードレール２０の安定性を保証する。
【００３７】
図７は、アビオニクスシャーシ１２の一部分を示し、スロット２１内に取り付けられた回路カードアセンブリ６８を含んでおり、かつ伝熱平面７０、熱パッド７６、及び補剛具７８を有する。ＰＣＢ１４が、スロット２１内部に取り付けられて図示されており、伝熱平面７０もスロット２１内にあり、ＰＣＢ１４と重畳関係にある。このようにして、ＰＣＢ１４は第１の主平面を画定し、伝熱平面７０は第２の主平面を画定し、ＰＣＢ１４と伝熱平面７０の空間的関係は、回路カードアセンブリ６８がスロット２１内部に受け取られるときに第１及び第２の主平面がスロット２１の内部に位置されるようなものである。
【００３８】
図８は、伝熱平面７０、熱パッド７６、及び補剛具７８をより良く示す。伝熱平面７０は、ＰＣＢ１４から熱を伝導して逃がすために使用される。伝熱平面７０は、炭素繊維強化複合材及び炭素−炭素複合材から構成することができる。例えば、伝熱平面７０は、熱伝導性が高い熱分解性炭素から構成することができる。伝熱平面７０が２次元平面内で熱伝導性になるように炭素繊維をレイアップすることができる。すなわち、伝熱平面７０は、ｘｙ平面内で熱が放散できるようにする平面内（横方向）熱伝導率を有する。また、伝熱平面７０が３次元での炭素繊維のレイアップを有することもできる。３次元レイアップは、より高価であるが、ＰＣＢ１４から逃げる熱の移動を容易にする。１次元レイアップも有用となることがあることが企図されている。伝熱平面７０は、その構成にかかわらず、ＰＣＢ１４からカードレール２０に熱を伝導するように意図される。
【００３９】
伝熱平面７０は、ＰＣＢ１４の上面又は底面に装着されることがある。伝熱平面７０は、ＰＣＢ１４に直接、又は熱パッド７６を介して取り付けることができる。熱パッド７６は、炭素複合材又は任意の熱伝導率の材料から形成することができる。例えば、熱パッド７６は、３次元の炭素−炭素複合材から形成することができる。熱パッド７６は、発熱構成要素２４に直に接触するように位置させることができる。
【００４０】
補剛具７８は、ＰＣＢ１４がスロット２１内部で湾曲又は振動しないようにＰＣＢ１４に動作可能に結合される。回路カードアセンブリ６８がスロット２１内部に位置されるとき、補剛具７８は、ＰＣＢ１４と伝熱平面７０の間に位置させることができる。また、回路カードアセンブリ６８がスロット２１内部に位置されるとき、補剛具７８は、カードレール２０の１つの中に位置させることもできる。補剛具７８は、アルミニウム又は同様の熱伝導性材料から構成することができ、ＰＣＢ１４を支持できるように様々な構成を有することができる。伝熱平面７０は平面として図示されているが、バー又はストラップでもよいことが企図されている。さらに、代替実施形態では、ＰＣＢ１４を補強するための任意の適切な形状補剛具７８を提供することができる。例えば、補剛具７８は、相互接続されていない複数のバーでよい。また、補剛具７８は、伝熱平面７０と一体でもよい。
【００４１】
再び図７を参照すると、回路カードアセンブリ６８がスロット２１内にあるとき、伝熱平面７０は、一方のカードレール２０に導電結合されて、第１の導電性経路７２の一部分を形成し、ＰＣＢ１４は、別のカードレール２０に導電結合されて、第２の導電性経路７４の一部分を形成する。第１の導電性経路７２は、発熱構成要素２４から始まる。熱は、熱パッド７６を通って伝熱平面７０に伝導され、伝熱平面７０がさらにその熱を横方向へカードレール２０に伝導する。第１の導電性経路７２は、カードレール２０を通って、タブ６０での等方性炭素繊維５９、又は側壁４４及び４６自体に続く。タブ６０での等方性炭素繊維５９を通って伝導される熱は、放熱フィン５８の外部に直接伝導される。側壁４４及び４６を通って伝導される熱は、放熱フィン５８での等方性炭素繊維５９によって、放熱フィン５８の外部に伝導される。次いで、熱を、放熱フィン５８の周りの空気中に対流によって放散することができる。
【００４２】
第２の導電性経路７４は、発熱構成要素２４から始まる。次いで、熱は、ＰＣＢ１４の内部経路３０を通って、熱伝導性側部ストリップ２８に伝達される。図７に示される矢印は内部経路３０からずれているが、これは図示のためにそうしたものであり、実際には内部経路３０は第２の導電性経路７４の一部分である。図面では、内部経路３０を不明瞭にしないように矢印をずらしたにすぎない。側部ストリップ２８はカードレール２０に当接し、熱はその後、カードレール２０から側壁４４及び４６を通って放熱フィン５８の外部に伝導し、或いはタブ６０を通って放熱フィン５８の外部に伝導する。次いで、熱を、放熱フィン５８の周りの空気中に対流によって放散することができる。したがって、ＰＣＢ１４は単独で熱拡散器としても作用する。そのため、伝熱平面７０によって提供される追加の導電性経路により、アビオニクスシャーシ１２がはるかに低温で延びる。
【００４３】
ＰＣＢ１４の高さは、ＰＣＢ１４と伝熱平面７０の両方がチャネル５２内部に受け取られるようなものである。図７に示されるように、ＰＣＢ１４は、カードレール２０の主要部分と直に接触する。伝熱平面７０は、カードレール２０の脚部と直接接触し、かつカードレール２０の主要部分と直に接触する。或いは、ＰＣＢ１４とカードレール２０の間の接触、又は伝熱平面７０とカードレール２０の間の接触は、間接的な接触でよい。
【００４４】
図９は、調節可能な熱パッド８０を備える代替の熱パッドを示す。調節可能な熱パッド８０は、ねじ接点８２として図示されている。ねじ接点８２の下側部分は、ＰＣＢ１４に対して調節可能である。したがって、ねじ接点８２は、様々な高さの発熱構成要素２４に対応することができるように昇降させることができる。
【００４５】
図１０は、カードレール２０内でのＰＣＢ１４の代替取付け形態を示す。より具体的には、ＰＣＢ１４及び伝熱平面７０をカードレール２０に接続するために楔係止７９を使用することができる。楔係止７９は、アルミニウム又は任意の同様に熱伝導性の材料からなることがある。このようにして、楔係止７９を第１の導電性経路７２及び第２の導電性経路７４の一部分にすることができる。ここで、例えば、第２の導電性経路は発熱構成要素２４から始まる。次いで、熱は、内部経路３０を通って熱伝導性側部ストリップ２８に伝達される。側部ストリップ２８は楔係止７９に当接し、楔係止７９はさらに熱をカードレール２０に伝導する。さらに、カードレール２０は、側壁４４及び４６を通して放熱フィン５８に熱を伝導する。次いで、熱を、放熱フィン５８の周りの空気中に対流によって放散することができる。ここでも、図９に示される矢印は内部経路３０からずれているが、これは図示のためにそうしたものであり、実際には内部経路３０は第２の導電性経路７４の一部分である。
【００４６】
いずれの実施形態でも、回路カードアセンブリ６８の構成要素の高さは、回路カードアセンブリ６８全体がスロット２１内部に位置されるように選択すべきである。これは、回路カードアセンブリ６８に低背設計を与える。これにより、より多くの回路カードアセンブリ６８をアビオニクスシャーシ１２内に配置できるようになる。アビオニクスシャーシ１２内の回路カードアセンブリ６８の量が増加するとき、２つの熱伝導性経路７２及び７４の存在が、ＰＣＢ１４からの追加の熱分配を可能にする助けとなり、アビオニクスシャーシ１２がより低温で延びることができるようにする。
【００４７】
図１１は、本発明の第５の実施形態による低温壁１４４及び１４６を有するアビオニクスシャーシ１１２の分解図である。第５の実施形態１００は、第１の実施形態１０と同様である。したがって、同様の部分は、１００だけ増分した参照番号で識別され、特に断りのない限り、第１の実施形態の同様の部分の説明が第５の実施形態にも当てはまることを理解されたい。
【００４８】
第１の実施形態１０と第５の実施形態１００の１つの相違点は、低温壁１４４及び１４６が、熱伝導性材料からなるフレームとは別個に形成されるので、別個の部品であることである。より具体的には、低温壁１４４及び１４６は、炭化エポキシマトリックス中の炭素繊維の複合材から形成される。炭化エポキシマトリックス複合材は、エポキシマトリックス複合材に比べて各軸で比較的高い熱伝導率特性を有する。熱伝導率は、炭素繊維レイアップに応じて軸で増加される。低温壁１４４及び１４６内の炭素繊維は、２次元平面内で低温壁１４４及び１４６がより高い熱伝導性になるようにレイアップされる。炭化マトリックス中の炭素繊維は、上述した伝熱平面と非常に似た様式で、繊維レイアップにより、ｘｙ平面内で優れた熱的特性を有する。
【００４９】
この構成により、低温壁１４４及び１４６を、アビオニクスシャーシ１１２及びフレーム１３４の残りの部分よりも高い熱伝導率の材料から形成することができる。低温壁１４４及び１４６の高い熱伝導率により、低温壁１４４及び１４６は剛性になるが、強度は高くない。アビオニクスシャーシ全体を同じ材料から形成するには、必要な構造上の支持を実現するためにアビオニクスシャーシ１１２全体を非常に厚くする必要がある。したがって、エポキシマトリックス中にレイアップされた炭素繊維から形成される実質的に熱絶縁性のフレーム１３４が、アビオニクスシャーシ１１２に強度を与え、別個の低温壁１４４及び１４６は、そのような精密な構造支持を提供するのには必要とされずに、高い熱伝導率の面での利益をもたらすことができる。
【００５０】
別の相違点は、カードレール１２０が低温壁１４４及び１４６の内面１４８に一体形成されることである。低温壁１４４及び１４６は、向かい合った関係でフレーム１３４に取り付けられ、それにより、低温壁１４４及び１４６上の対応するカードレール１２０が間にスロット１２１を画定する。したがって、低温壁１４４及び１４６は、回路カードアセンブリがスロット１２１内部に嵌合できるように完璧に位置合わせすべきである。別個の低温壁１４４及び１４６は、はんだ、溶接、ろう付け、接着剤、機械的固定具、又は他の同様の装着方法を使用してフレーム１３４に組み立てることができる。低温壁１４４及び１４６をフレーム１３４に固定するために構造接着剤を塗布することができ、アビオニクスシャーシ１１２の内部１１８で構造接着剤のすぐ横に導電性接着剤を配置して、アビオニクスシャーシ１１２を電気的に封止することができる。低温壁１４４及び１４６は、ニッケルやアルミニウムなどで金属めっきすることもでき、より良い導電性が得られ、ＰＣＢ１１４上でのアルミニウム楔係止１７９によるガルバニ腐食から炭素繊維を封止する。
【００５１】
図１２は、本発明の第６の実施形態による、低温壁２４４及び２４６を有するアビオニクスシャーシ２１２の分解図である。第６の実施形態２００は、第５の実施形態１００と同様である。相違点は、低温壁２４４及び２４６が、放熱フィン２５８を含んで、低温壁２４４及び２４６の外面２５０の表面積を増加していることである。低温壁の表面積は、ピン又は他の同様の方法によって増加させることもできる。
【００５２】
重量の観点からは、炭素繊維複合材アビオニクスシャーシ１２が、より重いアルミニウム製のものよりも望ましい。しかし、炭素繊維複合材製のものは、熱伝導率特性及び導電率特性がより低いので、アルミニウムバージョンよりも望ましくない。したがって、本明細書で開示する炭素繊維複合材アビオニクスシャーシの様々な実施形態は、それらの重量減少により、航空機環境に関して有益である。また、重量減少されたアビオニクスシャーシは、電磁妨害（ＥＭＩ）に関するすべての要件に対処し、アビオニクス機器によって発生される熱を放散し、落雷からアビオニクス機器を保護し、かつ環境への露出から保護し、その一方で依然として比較的軽量のアビオニクスシャーシを実現する。
【００５３】
本書では、例を使用して、最良形態を含めて本発明を開示し、また、任意のデバイス又はシステムの形成及び使用並びに任意の組み込まれた方法の実施を含めて本発明を当業者が実施できるようにしている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い付く他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの言い回しと異ならない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文字通りの言い回しと実質的に異ならない均等な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲に入るものと意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１０  航空機
１２  アビオニクスシャーシ
１４  回路板
１６  シャーシハウジング
１８  内部
１９  外部
２０  熱伝導性カードレール
２１  スロット
２２  取付け脚部
２４  発熱構成要素
２６  基板
２８  側部ストリップ
３０  内部経路
３４  フレーム
３６  上部カバー
３８  底壁
４０  後壁
４２  前部カバー
４４  側壁
４６  側壁
４７  開口
４８  内面
５０  外面
５４  電波シールド
５５  金属層
５６  金属ストリップ
５８  放熱フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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